抗溫抗鹽降濾失劑乳液的制備與評(píng)價(jià)

張坤，王偉忠，王磊磊，郭劍梅，魏盡然，張向明，陳安亮

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津300280）

抗溫抗鹽降濾失劑乳液的制備與評(píng)價(jià)

張坤，王偉忠，王磊磊，郭劍梅，魏盡然，張向明，陳安亮

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津300280）

通過(guò)反相乳液聚合方法合成了四元聚合物類降濾失劑乳液BZ-JLS。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BZ-JLS可抗鹽至飽和、抗溫至200℃，明顯改善泥餅質(zhì)量。在KCl基漿中對(duì)其降濾失劑效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，可明顯改善濾失量。降濾失劑乳液較常規(guī)降濾失劑合成條件更溫和，控制更容易，合成乳液可直接加入鉆井液體系中，大大方便了現(xiàn)場(chǎng)使用。

抗高溫；抗鹽；降濾失劑；乳液；水基鉆井液

隨著世界油氣資源需求迅猛增加和鉆井技術(shù)進(jìn)步，世界石油勘探逐漸向深部地層發(fā)展，深井、超深井?dāng)?shù)目越來(lái)越多，鉆井液作為鉆井的“血液”，其性能也決定了鉆井質(zhì)量、鉆井成本和鉆井周期［1，2］。

地層溫度的升高，對(duì)鉆井液抗溫抗鹽性能也提出了越來(lái)越高的要求，盡管油基鉆井液擁有抗高溫、潤(rùn)滑性、抑制性等優(yōu)點(diǎn)，但其成本較高，對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重等缺點(diǎn)，因此開發(fā)抗高溫高性能水基鉆井液仍是目前國(guó)內(nèi)外關(guān)注熱點(diǎn)，而各種抗溫抗鹽處理劑中降濾失的研究尤為重要［3-5］。

聚合物類降濾失劑雖然可以很好的起到降低濾失量，但存在溶解速度慢，現(xiàn)場(chǎng)不易添加的缺點(diǎn)。本文通過(guò)反相乳液聚合方法合成了降濾失劑乳液BZ-JLS。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，BZ-JLS可以起到明顯降低濾失量的作用，而且無(wú)需破乳干燥可直接應(yīng)用于鉆井液體系，現(xiàn)場(chǎng)使用方便。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

丙烯酰胺（AM）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、氫氧化鈉、引發(fā)劑均為工業(yè)品。

1.2室內(nèi)合成

將25 gAM、3 gNVP、1 gDMDAAC、6 gAMPS溶于115 mL水中，用NaOH調(diào)節(jié)pH為9；向三口瓶中加入白油200 mL和乳化劑SPAN80 10 g，室溫通氮?dú)鈹嚢?0 min后加入上述水溶液，然后升溫至40℃，加入引發(fā)劑過(guò)硫酸銨0.25 g/亞硫酸氫鈉0.12 g，反應(yīng)4 h，制備得BZ-JLS乳液。

1.3基漿配制

350 mL飽和鹽水于高攪杯中，加入1.00 gNaHCO3和35.00 g評(píng)價(jià)土，攪拌20 min，中間至少停兩次刮壁。

1.4產(chǎn)物表征

對(duì)合成的乳液用無(wú)水乙醇洗滌三次，得白色塊狀物，在100℃下干燥24 h，粉碎，用KBr壓片制樣，紅外用布魯克TENSOR27傅立葉變換紅外光譜測(cè)試。由紅外譜圖可知（見圖1）：3 186 cm-1為-C=ONH中NH伸縮振動(dòng)峰，2 960 cm-1為-CH3特征吸收峰，2 923 cm-1為-CH2伸縮振動(dòng)吸收峰，1 676 cm-1為-C=ONH中C=O特征吸收峰，1 460 cm-1為-CH2彎曲振動(dòng)吸收峰，1 299 cm-1為-CN伸縮吸收振動(dòng)峰，1 190 cm-1和1 039 cm-1為SO3-特征吸收峰。表明分子鏈上帶有所設(shè)計(jì)基團(tuán)，合成方案可行。

圖1　BZ-JLS紅外圖譜

2　性能評(píng)價(jià)

2.1飽和鹽水基漿中性能評(píng)價(jià)

在飽和鹽水基漿和有機(jī)鹽體系中對(duì)降濾失劑乳液BZ-JLS進(jìn)行性能對(duì)比評(píng)價(jià)。

2.1.1BZ-JLS不同加量對(duì)降濾失效果影響合成的降濾失劑乳液BZ-JLS聚合物有效濃度在25%～30%。在飽和鹽水基漿中，分別加入3%、4%、5%的BZ-JLS，評(píng)價(jià)效果（見表1）。

表1　不同加量BZ-JLS乳液降濾失效果

從表1可以看出，在飽和鹽水基漿中加入降濾失劑乳液BZ-JLS后可以明顯改善泥漿的濾失量。在加量達(dá)到4%后，180℃老化16 h后中壓失水僅為9.2 mL，高溫高壓失水可以控制到10.0 mL，加量繼續(xù)增加降失水效果也有所提高，但沒(méi)有大的變化。

2.1.2BZ-JLS在不同溫度下對(duì)降濾失效果影響選擇降濾失劑乳液BZ-JLS加量為4%，在飽和鹽水基漿中對(duì)不同溫度老化后降濾失效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)（見表2）。

表2　不同溫度抗溫抗鹽降濾失乳液效果

從表2可以看出，在加量達(dá)到4%后，200℃老化16 h后中壓失水為10.8 mL，高溫高壓失水可以控制到13.6 mL，顯示了該產(chǎn)品具有良好的抗溫抗鹽能力。

2.1.3BZ-JLS對(duì)泥餅質(zhì)量影響泥餅質(zhì)量是鉆井液造壁性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，好的泥餅質(zhì)量有利于井下安全，減少井下復(fù)雜。在合成降濾失劑時(shí)，選擇單體含有很強(qiáng)的吸附基團(tuán)，因此對(duì)黏土吸附能力強(qiáng)，加入前后泥餅質(zhì)量對(duì)比（見圖2），從圖2可以看出，在加入BZ-JLS前，泥餅較厚，加入BZ-JLS后，泥餅變得薄而致密，而且乳液含有一定的白油和乳化劑，可明顯改善泥餅潤(rùn)滑性。

2.2KCl基漿中降濾失效果評(píng)價(jià)

KCl基漿中考察加入降濾失劑乳液BZ-JLS前后對(duì)濾失量性能影響，KCl基漿配方為：4%膨潤(rùn)土漿+8% KCl+0.5%片堿+3%封堵劑+4%細(xì)目鈣+重晶石（調(diào)整密度1.50 g/cm3），老化溫度為200℃。

從圖3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，加入自產(chǎn)降濾失劑乳液BZ-JLS后，可以明顯改善體系濾失量，高溫高壓濾失量由98.8 mL降至14.8 mL，這表示BZ-JLS乳液具有良好的抗鹽抗溫能力。

圖2　加入BZ-JLS前后泥餅質(zhì)量對(duì)比

圖3　BZ-JLS在KCl基漿中效果評(píng)價(jià)

3　作用機(jī)理

降濾失劑乳液BZ-JLS單體中NVP含環(huán)狀剛性結(jié)構(gòu)，能有效提高聚合物抗溫能力，此外，NVP含分子內(nèi)酰胺基團(tuán)，可以提高聚合物高溫下吸附能力；DMDAAC含陽(yáng)離子基團(tuán)，在高溫情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)黏土礦物的有效吸附；AMPS含磺酸基團(tuán)可以提高聚合物的抗高溫抗鈣能力；AM作為降濾失劑主鏈結(jié)構(gòu)，主要提供吸附基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)聚合物對(duì)黏土的快速吸附［6，7］。

反相乳液聚合較常規(guī)溶液聚合具有許多優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，聚合速率快，產(chǎn)物固相含量高，相對(duì)分子質(zhì)量大且分布窄。常規(guī)聚合物類降濾失劑都是粉末，加入前都需要預(yù)先配成膠液后加入，現(xiàn)場(chǎng)使用不方便，通過(guò)反相乳液聚合方法制得的降濾失劑乳液現(xiàn)場(chǎng)可直接加入鉆井液中，無(wú)需預(yù)處理，大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)使用工藝。

4　結(jié)論

（1）通過(guò)反相乳液聚合方法制得了新型的降濾失劑乳液BZ-JLS，制得的降濾失劑乳液可抗溫最高至200℃，加入降濾失劑乳液后可明顯改善泥餅質(zhì)量，而且兼具一定的潤(rùn)滑功能。

（2）通過(guò)反相乳液聚合方法制得的降濾失劑乳液現(xiàn)場(chǎng)可直接應(yīng)用，與常規(guī)聚合物類粉末相比，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便。

［1］舒昌建，熊壽輝.一種抗高溫抑制型聚合物降濾失劑的合成與評(píng)價(jià)［J］.鉆采工藝，2011，34（6）：95-97.

［2］王顯光，楊小華，王琳，等.國(guó)內(nèi)外抗高溫鉆井液降濾失劑研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.中外能源，2009，14（4）：37-42.

［3］鄭錕，蒲曉琳，傅偉，等.抗高溫抗鹽降濾失劑AAD的合成與評(píng)價(jià)［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用，2008，26（4）：306-311.

［4］馬貴平.AA/AM/AMPS超濃反相乳液聚合合成鉆井液降濾失劑的研究［J］.油田化學(xué)，2006，23（1）：1-4.

［5］馬誠(chéng)，李鵬，蔣官澄，等.成膜性聚合物鉆井液降濾失劑的研制及評(píng)價(jià)［J］.鉆井液與完井液，2011，28（3）：9-11.

［6］王磊磊，王偉忠，張坤，等.水基鉆井液用抗高溫降濾失劑的合成與性能評(píng)價(jià)［J］.鉆井液與完井液，2016，33（2）：22-25.

［7］陳德軍，錐和敏，鐵成軍，等.鉆井液降濾失劑研究述論［J］.油田化學(xué)，2013，30（2）：295-300.

TE254.4

A

1673-5285（2016）10-0135-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.031

2016－08-08

張坤（1984-），碩士，工程師，畢業(yè)于南開大學(xué)有機(jī)化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在從事鉆井液技術(shù)研究工作，郵箱：m18653496189@163.com。